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Reporte de práctica del laboratorio de ingeniería
Tipo: Apuntes
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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de Ingeniería Química Laboratorio de Ingeniería María Dolores Guevara Espinoza Acosta Kenya PRÁCTICA 05. CONVECCIÓN NATURAL Y FORZADA EN SUPERFICIES EXTENDIDAS PRACTICE 05. FORCED AND NATURAL CONVECTION ON EXTENDED SURFACES RESUMEN Las superficies extendidas se usan con referencia a un sólido que experimenta transferencia de energía por conducción dentro de su límite, así como su transferencia de energía por convección (y/o radiación) entre sus límites y sus alrededores. De manera que hay muchas situaciones que implican efectos combinados de y convección, la aplicación más frecuente es aquella en la que se usa una superficie extendida de manera específica para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo. A esta superficie extendida se denomina ALETA. Las aletas de enfriamiento están hechas de materiales altamente conductores como el aluminio. Mejoran la transferencia de calor desde una superficie al exponer un área más grande a la convección y radiación; son de uso común en la práctica para mejorar la transferencia de calor y a menudo incrementan la velocidad de esas transferencias desde una superficie con varios dobleces. PALABRAS CLAVE : SUPERFICIES, TRANSFERENCIA, ENERGIA, CONDUCCIÓN. ABSTRACT Extended surfaces are used with reference to a solid that undergoes energy transfer by conduction within its boundary as well as its energy transfer by convection (and / or radiation) between its limits and its surroundings. So there are many situations involving combined convection and convection effects, the most frequent application is one in which a specifically extended surface is used to increase the rate of heat transfer between a solid and a contiguous fluid. This extended surface is called FIN. The cooling fins are made of highly conductive materials like aluminum. They improve heat transfer from a surface by exposing a larger area to convection and radiation; They are commonly used in practice to improve heat transfer and often increase the speed of such transfers from a multi-fold surface. KEY WORDS : SURFACES, TRANSFER, ENERGY, DRIVING. INTRODUCCIÓN. Si se considera una situación típica de transferencia de calor convectiva, el enfriamiento de un objeto sólido suspendido en un fluido como se ilustra en la figura 1 en un recinto. La temperatura de la superficie del objeto Ts es uniforme y mayor que la del fluido Tf. El fluido inmediatamente adyacente al cuerpo forma una delgada región llamada capa laminar. El calor del objeto es conducido a esta capa, la cual lo arrastra y lo mezcla con la corriente. Generalmente este fluido está en movimiento debido a una circulación de origen mecánico o debido al ascenso por calentamiento desde la superficie sólida. OBJETIVOS Calcular el coeficiente de convección natural del aire. Calcular el coeficiente de convección forzada del aire para una placa sin aletas y otra con aletas. Verificar que la velocidad de transferencia de calor por convección aumenta con las aletas de enfriamiento respecto de un sistema sin aletas. Verificar que el coeficiente convectivo es una propiedad del fluido. MATERIAL Y EQUIPO Equipo para el estudio de convección natural y forzada GENERATORIS TC-KT-400/PE. (Figura 3). Juego de placas con aletas de diferentes geometrías 1 vernier 1 recirculador con agua de enfriamiento.
5.1. Conecte el equipo y enciéndalo mediante el interruptor general. 5.2. Coloque la placa sin aletas en el ducto de acrílico y luego la resistencia y el termopar. 5.3. Inserte los termopares a las diferentes alturas del conducto. (El termopar 1 cerca de la fuente de calentamiento). 5.4. En el tablero seleccione el modo de transferencia de calor (convección natural o forzada), especifique el tipo de placa a utilizar y el setpoint de temperatura. Encienda la resistencia en el tablero y presione el botón de Iniciar sobre la pantalla táctil para iniciar el proceso de calentamiento de la placa. 5.5. Alcanzado el setpoint, anote las temperaturas de los termopares que se insertaron a diferentes alturas sobre el conducto. 5.6. Para terminar el experimento, presione Terminar sobre la pantalla táctil. 5.7. Si se va a estudiar el fenómeno de convección forzada, active este modo en la pantalla táctil, luego encienda el ventilador y ajuste la temperatura de operación usando la pantalla táctil y la velocidad del ventilador con la perilla del panel. 5.8. Repita los pasos previos para las placas con aletas. RESULTADOS CUESTIONARIO ¿Qué es el coeficiente convectivo?, ¿Qué es convención libre y convención forzada? Coeficiente de convección o coeficiente de transmisión superficial, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección. La convección natural es un mecanismo, o tipo de transporte de calor, en que el movimiento del fluido no es generado por cualquier fuente externa pero sólo por diferencias de densidad en el fluido ocurriendo debido a gradientes de temperatura. BIBLIOGRAFIA Incropera, F.P. y DeWitt D.P. (1999) Fundamentos de transferencia de calor, 4ª edición. Prentice Hall-Pearson Education. Çengel, Y.A. y Ghajar, A.J. (2011) Transferencia de calor y masa, 4ª edición. McGraw-Hill CONCLUSIÓN Hay muchas situaciones que implican efectos combinados de conducción y convección; la aplicación más frecuente es aquella en la que se usa una superficie extendida de manera específica para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo que disipa el calor transferido. En efecto, cuando se requiere enfriar alguna superficie por convección, la velocidad de remoción de calor es mejorada al incrementar la superficie de intercambio de calor. Otras formas de enfriar dicha superficie son aumentando la velocidad o densidad de flujo o reduciendo la temperatura del fluido contiguo. Sin embargo, estas soluciones no resultan económicamente rentables, por lo que se opta comúnmente por aumentar la superficie de intercambio.